Hace 100 años nuestros ancestros vivían ignorantes del mundo cibernético y telemático en el que se verían enfrascados sus descendientes. Hoy, la electricidad aplicada nos rodea y nos somete a diario en nuestro tiempo, estamos sumergidos y dependemos ya de ella de forma irreversible. Por ello, aunque sea un fenómeno común, quién no se ha preguntado ¿qué es realmente la electricidad?, su fundamento y el porqué ha llegado a ser una parte indispensable de nuestra moderna forma de vida.
Pues bien, se puede decir que el fundamento de la electricidad consiste simplemente en la producción ordenada de electrones libres.
¿Ya está, eso es todo? Pues sí, básicamente se puede resumir en esa expresión todo el fenómeno eléctrico. Pero claro, para el profano eso le dice poco ¿Y como explicar llanamente, en el espacio que abarca este artículo, y sin demasiados tecnicismos, todos los conceptos que rodean a la electricidad básica?, realmente es difícil, pues habría que sumergirse en la estructura de la materia, estudiar el átomo y las peculiaridades de determinados materiales. Pero voy a intentarlo, después vosotros me juzgareis.
Pues bien, imaginemos que la materia de la que están hechas todas las cosas: una piedra, un árbol, nuestro propio cuerpo…, están formadas por unas diminutas estructuras llamadas moléculas. Hasta ahí, más o menos nos vamos haciendo entender, pues quién no habrá oido hablar de las moléculas, por ejemplo la del agua, que muchos saben que es un elemento compuesto por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno, de ahí aquello tan renombrado de H2O.
Imaginemos ahora un átomo de una de esas moléculas. Podríamos poner como ejemplo a nuestro Sistema Solar: básicamente un átomo es un núcleo (el Sol), con unos electrones orbitando a su alrededor (los planetas). Como sabemos, los planetas giran en órbitas alrededor del Sol sin escapar ni colisionar con él, y eso es debido a que su fuerza de atracción (centrípeta) compensa la otra fuerza que los planetas llevan en su recorrido (centrífuga) y que les inclina a salirse de la órbita, de la misma forma que un automóvil tiende a salirse de una curva hacia fuera (fuerza centrífuga), si no fuera que con el volante le obligamos a dirigirse hacia dentro de ella (centrípeta). En estos ejemplos ambas fuerzas están compensadas, por ello los planetas o el automóvil no se salen del recorrido que tienen asignado (la órbita o la carretera, respectivamente).
Pues bien, los electrones, que son cargas negativas, también tienen sus fuerzas equilibradas con el núcleo. Ello es debido a que en el núcleo del átomo existen unas cargas similares a los electrones, llamados protones, que tienen carga positiva. Ambas cargas, positivas y negativas se atraen, tal como lo hacen el Sol y los planetas, compensando así la fuerza centrífuga que los electrones llevan en su órbita alrededor del núcleo.
Todo esto está muy bien pero ¿que tiene que ver esto con los electrones libres? Pues volvamos a nuestro ejemplo del Sistema Solar ¿Que pasaría si una fuerza exterior, por ejemplo un gran cometa, colisionase y lanzase fuera de su órbita a un planeta débil de nuestro Sistema Solar, por ejemplo el más alejado del Sol, Plutón? Ocurriría que ese planeta (ahora libre), con toda su energía, comenzaría a vagar por el espacio en busca de alguna otra órbita en donde colarse. Si nuestro errante planeta encontrase otro sistema solar que tuviese igualmente un planeta fácil de echar de su órbita, podría golpearlo y ocupar su espacio quedando así de nuevo en equilibrio. Pero, si sucediera, el nuevo planeta expulsado seguiría la misma suerte vagando en busca de un hueco.
El ejemplo de los planetas libres vagando por ahí en busca de una órbita me sirve para explicar lo que pasa con los electrones libres. Si elegimos un material cuyos átomos tengan en su última órbita un electrón fácil de expulsar mediante una energía externa, conseguiríamos un electrón libre. El cobre y la plata, por ejemplo, son buenos materiales conductores de los electrones, ya que en su última órbita hay un único electrón solitario y muy fácil de ser expulsado fuera.
Ahora imaginemos que tenemos alguna fuerza externa que nos permita expulsar al electrón de su órbita. Esta fuerza puede ser cualquiera de las seis fuentes conocidas de energía eléctrica, por ejemplo el magnetismo (como la que producen los generadores), o la acción química (como la que producen las pilas). Al aplicar la fuerza, ese electrón, al saltar, buscará inmediatamente otra órbita en donde colarse, pero para ello tendrá que echar fuera de su órbita a otro electrón, el cual seguirá el mismo proceso, y así sucesivamente mientras mantengamos la fuerza aplicada.
Pero, un solo electrón saltando de su órbita nos ha servido sólo de ejemplo. En realidad, cuando aplicamos la fuerza no salta uno, sino muchos millones de ellos a la vez, todos golpeándose entre sí, intentando buscar cada uno un sitio libre. Y aunque el movimiento de esos electrones es aparentemente atropellado, pegándose entre sí a ver quien es el primero en entrar en un hueco libre, no es desordenado, ya que se encaminan todos en una dirección, pues comienzan saltando dentro del cable conductor desde el polo negativo de la fuente y recorren el cable por completo hasta llegar al polo positivo. Dentro de la fuente entran de nuevo en el polo negativo y otra vez realizan el mismo recorrido, así siempre hasta que cortemos la fuerza o la pila se agote.
Espero que el concepto de que la electricidad es una producción ordenada de electrones libres no suene ahora tan extraña.
El tecnotrón